(57)【要約】【課題】簡易な構造で、接点が溶着することなく直流高電圧を確実に遮断することができる直流リレーを提供する。【解決手段】少なくとも一方が可動接点で、互いに開閉する接点対を具えた直流リレーにおいて、接点の接触部１１ａ，２１ａ，３１ａ，３１ｂが、Ｓｎを１〜９質量％含み、Ｉｎを１〜９質量％含む化学組成のＡｇ合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が１９０以上、第二層のマイクロビッカース硬度が１３０以下であり、第一層の厚みが、１０〜３６０μｍの範囲内としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が可動接点で、互いに開閉する接点対を具えた直流リレーにおいて、
接点の接触部が、Ｓｎを１〜９質量％含み、Ｉｎを１〜９質量％含む化学組成のＡｇ合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が１９０以上、第二層のマイクロビッカース硬度が１３０以下であり、第一層の厚みが、１０〜３６０μｍの範囲内であることを特徴とする直流リレー。
【請求項２】
前記Ａｇ合金が、Ｓｎ、Ｉｎに加え、さらにＳｂ、Ｃａ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＺｎおよびＰｂの群から選ばれた少なくとも１種の元素を含む請求項１に記載の直流リレー。
【請求項３】
前記化学組成が、第一層と第二層で同一である請求項１または請求項２に記載の直流リレー。
【請求項４】
前記第一層中のＳｎの含有量は、第二層中のＳｎの含有量と同じか、または、第二層中のＳｎの含有量より多い請求項１から請求項３の何れかに記載の直流リレー。
【請求項５】
前記第一層の厚みが、３０〜１２０μｍの範囲内にある請求項１から請求項４の何れかに記載の直流リレー。
【請求項６】
前記第一層の硬度が、２４０以上である請求項１から請求項５の何れかに記載の直流リレー。
【請求項７】
前記第一層および第二層を内部酸化させている請求項１から請求項６の何れかに記載の直流リレー。
【請求項８】
接点間が開いた際に接点間に生じるアークの経路中に遮蔽板を具える請求項１から請求項７の何れかに記載の直流リレー。
【請求項９】
遮断時、前記各接点の間に生じるアークを磁界により歪曲させる磁石を具えることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の直流リレー。
【請求項１０】
接点対を複数具え、これら接点対は直列に接続可能に構成されていることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の直流リレー。
【請求項１１】
接点対を複数具え、これら接点対は並列に接続可能に構成されていることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の直流リレー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電流のリレーに関するものである。特に、接点の耐溶着性に優れ、確実に直流電流を遮断できる直流リレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題からハイブリッド自動車や燃料電池自動車のような高電圧（約３００Ｖ）の自動車が開発されてきている。これらの自動車は、直流高電圧の主電池と高電圧回路からなる制御回路を具えている。また、主電池は直流高電圧であるので、事故時などには電池を制御回路から切り離す必要があり、電池と制御回路との間にはメカニカル接点の直流リレーを具える。
【０００３】
これらリレーは、直流高電圧を遮断するときに発生するアークが非常に大きくなることから、遮断速度が非常に遅く、短時間で遮断するのは非常に難しい。
【０００４】
そこで、従来では、水素などの冷却効果の大きい気体をアーク発生部に封入してアークの発生を抑える構造（例えば特許文献１参照。）がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３２０４１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高圧回路は、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車に用いる場合、通常、ボディアースがとられていないので、事故などで自動車が変形したときに、車体を介して短絡する虞がある。
【０００７】
この短絡時は、２６００Ａ程度の大電流が流れる場合もある。このように定格制御容量以上の大電流が流れているときにリレーを遮断しようとすると、従来の直流リレーでは接点が溶着してしまいリレーの遮断ができないという問題があった。
【０００８】
例えばトランスで昇圧してコンデンサに充電し、サイリスタでコンデンサの容量放出とリレーの接点を開くタイミングを調整して、短時間大電流が流れる間に接点を開くようにしたときの電圧と電流の状態を図７に示す。
【０００９】
このとき、１５００Ａの大電流が流れたとき、接点が瞬時に溶着してしまい、コンデンサは自然放電し、接点間の電圧の挙動は１ｍｓの間しか起こらずしかも１０Ｖ程度しか変動しないことがわかる。
【００１０】
また、特許文献１に示すように、水素などの気体でアークの発生を抑制する構造とする場合には、気体をケース内に完全に密閉できるケース構造を必要とする。この場合、ケースはアークによる耐熱性が必要となって高価なもの（例えばセラミックなど）となる。
【００１１】
気密性および耐熱性を上げるためには、ケースの厚みを大きくとる必要があり、ケースの形状が大きくなる問題もある。また、耐熱性が得られない場合には、廃車までメンテナンスをせずに気密性を維持することは非常に困難となる。
【００１２】
このように、水素などの気体を封入する場合には、気体が封入された状態を長期間保持するために大型化が要求され、さらに構造も複雑となる。その結果、自動車という限られたスペースに搭載する機器において性能を落とすことなく小型化を実現することは非常に困難であった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、簡易な構造で、小型化できながら短時間で直流高電圧を遮断でき、しかも大電流時においても確実に遮断が可能な直流リレーを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、開閉する接点の接触面の材質を耐溶着性に優れたものとすることにより、上記目的を達成する。
【００１５】
即ち、本発明の直流リレーは、少なくとも一方が可動接点で、互いに開閉する接点対を有する。例えば、接点対の一方の接点は、入力接点となり、他方の接点は出力接点となる。なお、開閉する一対の接点のうち、一方を可動接点、他方を固定接点としても良いし、双方を可動接点として開閉するように構成しても良い。
【００１６】
そして、本発明の直流リレーに用いる接点は、ブロック状、柱状、棒状などの金属体で、接点の接触部が、Ｓｎを１〜９質量％含み、Ｉｎを１〜９質量％含む化学組成のＡｇ合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が１９０以上、第二層のマイクロビッカース硬度が１３０以下であり、第一層の厚みが、１０〜３６０μｍの範囲内となる材料で構成する。
【００１７】
Ｓｎの含有量を１〜９質量％とするのは、１質量％未満では、接点の耐溶着特性が低下し、９質量％を超えると接点の温度特性が低下するからである。好ましくは、２〜７質量％である。
【００１８】
ここで、耐溶着特性とは、接点が切れない状態、特に接点がくっついたまま離れない溶着の起こりにくさをいう。また、温度特性とは、通電時の接点の温度上昇の度合いをいい、温度特性が良いとは、通電により接点の温度が上昇しにくく、リレーに接続されるケーブルや機器に熱的な影響を与えにくいことをいう。
【００１９】
また、Ｉｎの含有量を１〜９質量％とするのは、この範囲外の含有量の場合には接点の温度特性が低下するからであり、さらに、９質量％を超えると、Ｓｎの含有量にもよるが、耐溶着特性が低下するからである。好ましくは、３〜７質量％である。
【００２０】
第一層の硬度（通常５ｇ荷重負荷）をマイクロビッカース硬度で１９０以上にするのは、このレベル未満になると、耐溶着特性や温度特性が低下するからであり、第二層の硬度をマイクロビッカース硬度で１３０以下にするのは、このレベルを超えると、接点が脆弱化して耐消耗特性が低下するからである。
【００２１】
第一層の硬度は２４０以上、第二層のそれは１２０以下であるのが望ましい。なお、本発明での硬度は、接点の表面に垂直な断面上の第一層および第二層のそれぞれの域内の任意の地点でマイクロビッカース硬度にて確認したものである。本発明の接点では、第一層、第二層のそれぞれの層内に硬度分布があっても構わない。
【００２２】
本発明の接点には、通常第一層から第二層にかけて境目に硬度落差（マイクロビッカース硬度で６０以上）があり、この境目には両層の中間の硬度を有する（すなわちその硬度が、第一層の下限硬度未満かつ第二層の上限硬度を超える範囲内にある）領域（以下中間部という。）がある。
【００２３】
この中間部領域の厚みは、主に製造時のＡｇ合金段階で合金成分の層間熱拡散の進展や加工歪みの入り具合がどの程度であるかによって変わる。さらに、本発明の接点では、前記構成の範囲内であれば、両層の境目においても上記のような大きな硬度落差が無く、表面から厚み方向に順次連続的または段階的に低下するものであってもよい。
【００２４】
このような傾斜機能的な組織は、例えば、化学組成の異なるＡｇ合金素材を三層以上積層圧着したり、Ａｇ合金段階での熱処理条件を制御したりすることによって得ることができる。
【００２５】
第一層の厚みは、１０〜３６０μｍとする。下限未満では、耐溶着特性や温度特性が低下し、上限を超えると接点が脆弱化して温度特性が低下するからである。好ましくは３０〜１２０μｍである。また、上記のように本発明の接点には、中間部のあるものも含まれるが、その場合の中間部の厚みは２００μｍ以下であるのが望ましい。２００μｍを超えると接点の温度特性が低下しやすくなる。好ましくは１００μｍ以下である。
【００２６】
本発明の接点には、上記基本成分に加え、さらに、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＺｎおよびＰｂの群から選ばれた少なくとも１種の元素が、従成分として含まれていてもよい。通常、これらの成分の大部分は、Ａｇマトリックス中に化合物、特に酸化物の形態で分散される。
【００２７】
但し、個々の成分によって望ましい分散量範囲が異なる。例えば、いずれも元素換算された質量％単位で０．０５〜２（Ｓｂ）、０．０３〜０．３（Ｃａ）、０．０１〜１（Ｂｉ）、０．０２〜１．５（Ｎｉ）、０．０２〜０．５（Ｃｏ）、０．０２〜８．５（Ｚｎ）、０．０５〜５（Ｐｂ）である。なお、括弧内は対象元素である。以上の各成分種において、その量が上記の範囲外になると、直流リレーの種類によっては温度特性が低下することがあり、特に上限を超えるとリレーの種類によっては同時に耐溶着特性も低下することがある。
【００２８】
通常は、以上の従成分が接点の性能に若干影響を及ぼすが、これ以外の成分としては、例えば以下のものが挙げられる。これらはいずれも本発明の目的の範囲内で微量に含まれても構わない。なお成分によって望ましい含有量が異なるが、括弧内数値のうち元素記号で表示されたものは、元素換算された質量％単位で、分子式で表示のものは、同分子換算された質量％単位で表したその許容上限値である。Ｃｅ（５）、Ｌｉ（５）、Ｃｒ（５）、Ｓｒ（５）、Ｔｉ（５）、Ｔｅ（５）、Ｍｎ（５）、ＡｌＦ３（５）、ＣｒＦ３（５）およびＣａＦ２（５）、Ｇｅ（３）およびＧａ（３）、Ｓｉ（０．５）、Ｆｅ（０．１）およびＭｇ（０．１）。
【００２９】
さらに、本発明には、上記の基本構成の範囲内にあり、第一層と第二層とが同じ化学組成であるものも含まれる。第一層と第二層とを同じ化学組成にする場合、後述する手段により両層の硬度レベルを異なるようにする。
【００３０】
例えば第一層だけを急熱・急冷し、第一層の残留応力を第二層のそれより大きくする方法、表面の第一層だけにショットブラスト加工を施して加工硬化する方法がある。
【００３１】
また、Ａｇ合金板に熱間圧延や冷間圧延に加え熱処理を施す、いわゆるサーモメカニカルプロセッシング（熱加工処理）を行った後、内部酸化を行って、第一層に第二層より微細な針状の酸化物粒子を析出させ、表面の硬度を高める方法がある。また、第一層および第二層のＡｇ合金板を圧延加工や熱間圧着する際に第一層と第二層の鍛錬加工比を変えて行う方法もある。
【００３２】
さらに、本発明には上記の基本構成の範囲内にあり、しかも第一層中のＳｎの含有量が第二層のそれと同じか、またはそれよりも多いものも含まれる。これによって、第二層の硬度よりも第一層の硬度の方が、ほぼ確実に高くなる。したがって、本発明の前記目的により適したものが得られる。
【００３３】
また、第一層および第二層を内部酸化させることが好ましい。内部酸化法には、後酸化法と前酸化法とがある。
後酸化法とは、合金の状態で最終接点形状に仕上げるか、その近くまで成形した後に、内部酸化をする方法である。
前酸化法とは、合金の粉末または粒を内部酸化させておいて、これらを成形、圧縮・焼結する方法である。
【００３４】
なお、本発明の接点は、リレーに組み込むため台金などの他の部材と接続する必要がある。したがって、第二層の第一層とは反対側の面に他の部材との接続を容易にするため、純Ａｇ、ロウ材などの金属からなる薄い接続層を設けてもよい。
【００３５】
次に本発明の接点の製造方法について説明する。本発明のリレーの接点の接触部を製造するには、溶解・鋳造法や、粉末冶金法などがある。
【００３６】
例えば、溶解・鋳造法では、以下の手順がある。まず第一層および第二層それぞれの化学組成となるように溶解・鋳造されたインゴットを作り、これらを粗く圧延した後、二種の圧延材を熱間圧着する。その際、またはその後、必要により上記した純Ａｇなどの薄い接続層を圧着する。
【００３７】
これをさらに圧延して所定の厚みの板状に形成した後、打ち抜き、またはさらに成形し、最終形状に近いサイズのＡｇ合金素材とし、さらに、この素材を内部酸化（後酸化法）してＳｎ、Ｉｎなどの金属成分を酸化物に転換する。
【００３８】
なお、溶解・鋳造に先立ち成分元素の酸化物以外の化合物を含ませることもできる。また、必要に応じて、圧延以降に適宜熱処理や形状を調整する工程などを入れる。この場合、熱処理条件の工夫によって、各層の微細組織を意識的に制御して材料特性やそのレベルなどを変えることができる。
【００３９】
また、粉末冶金法で接触部を作る場合は、例えば、予めＳｎやＩｎなどの粉末とＡｇの粉末とを二種の所定組成にて配合・混合した後、熱処理して内部酸化（前酸化法）させ、得られた二種の粉末を型内に積層・充填して圧縮成形しプリフォームとする。なお、ＳｎやＩｎなどの粉末とＡｇの粉末とは、他の化合物も一緒に混合してもよい。
【００４０】
そして、このプリフォームには熱間押し出し、熱間・冷間ロール圧延、熱間鍛造など各種の塑性加工が適用できる。さらに上記した鋳造法と同様に、必要に応じて圧延以降に熱処理や形状を調整する工程などを入れる。熱処理条件の工夫によって各層の所望の特性制御が可能になる。
【００４１】
また、第二層の素材のみを上記に準じた溶解・鋳造法や粉末冶金法の手順で作成した後、第一層は、溶射、ＣＶＤなどによる厚膜形成、スクリーン印刷などによる厚膜印刷、塗布後焼付けなど、様々な手段によって形成してもよい。さらに、第一層を構成する合金板と第二層を構成する合金板との接合には、例えば熱間静水圧成形法による拡散接合、熱間押し出しなど種々の手段が適用できる。また、熱処理を施すことによって、各層の微細組織を意識的に制御して、所望の特性を得ることもできる。
【００４２】
本発明の直流リレーによれば、通電時は、接点を接触させて入力接点から出力接点へと電流が流れる。そして、リレーの遮断時は、各接点を離隔させて接点を非接触状態にする。リレー遮断時に大電流が流れても、本発明の接点の接触部は、前記材料で構成しているので、耐溶着性に優れ、接点の溶着を阻止できる。
【００４３】
ここで、接点の開閉動作を行うには、種々の駆動源を利用できる。回転系駆動源ではモータが、直動系駆動源ではソレノイドやシリンダが利用できる。回転系駆動源を用いる場合は、回転運動を往復運動に変換する変換機構を介して接点を駆動させる。また、直動系駆動源を用いる場合には、直動系駆動源を接点に連結して接点を駆動させる。
【００４４】
双方の接点を可動接点とする場合には、双方の駆動を同時に行う必要がある。このタイミングをとる具体的な手段としては、例えば、タイマー手段を用いたものが挙げられる。つまり、タイマーを用いて可動接点を駆動させる駆動信号を出力する。
【００４５】
また、本発明は、少なくとも一方が可動接点で、互いに開閉する一対の接点に適用できるのはもちろんのこと、接点対を複数具える場合にも適用できる。
【００４６】
さらに、本発明直流リレーは、接点間が開いた際に接点間に生じるアークの経路中に遮蔽板を具えるようにしてもよい。この場合、遮蔽板は、接点間が開いた際に接点間に挿入され、接点間が近接する際に接点間から引き抜かれるようにすることができる。
【００４７】
例えば、一対の接点の少なくとも一方を駆動して、接点間を開くことで遮断を行うとともに、接点間が開いた際に遮蔽板を挿入することでアークを遮断する。このように、接点の開閉駆動と遮蔽板の挿脱駆動の相互作用により、簡易な構成にて確実に遮断を行うことができる。また、気密構造が不要で、安価に製造することができる。
【００４８】
また、両接点間が所定の距離になった場合、アークが発生するが、このアークの経路を遮蔽板で遮断することにより、遮蔽板の放熱効果を利用することでアーク消弧時間を短縮する。
【００４９】
また、遮蔽板の挿脱駆動は、接点間を開いた後に、接点間に遮蔽板を挿入することにより、遮蔽板が接点に接触することを阻止できるので、遮蔽板を耐摩耗性に優れた高強度、高硬度の材料で形成することなく、遮蔽板自体の材料選択の幅が広がり、リレーとしての機械的寿命も伸ばすことができる。さらに、接点に遮蔽板が接触しないので、接点同士の接触面積を大きくとって耐アーク性を向上することができる。
【００５０】
ここで、遮蔽板の挿脱動作には、接点の開閉動作と同様に種々の駆動源を利用できる。回転系駆動源ではモータが、直動系駆動源ではソレノイドやシリンダが利用できる。回転系駆動源では回転運動を往復運動に変換する変換機構を介して、直動系駆動源では直接接点や遮蔽板に連結して駆動する。いずれも電気的に駆動させて、接点の開閉と遮蔽板の挿脱は互いに非接触となるようタイミングをとる。
【００５１】
このタイミングをとる具体的な手段としては、電気的なタイミング調整手段と、機械的なタイミング調整手段が考えられる。まず、電気的なタイミング調整手段としては、タイマー手段を用いたものが挙げられる。つまり、両接点を開く駆動信号を出力後、一定期間経過後に遮蔽板を両接点間に挿入する駆動信号を出力し、遮蔽板を両接点間から引き抜く駆動信号を出力後、両接点を近接する駆動信号を出力するように調整して、接点と遮蔽板を非接触に保つ。
【００５２】
別の電気的なタイミング調整手段としては、ＣＲ回路を用いたものが挙げられる。つまり、抵抗とコンデンサを用い、コンデンサの充電時間を利用することで、接点開閉の駆動源または遮蔽板挿脱の駆動源のうち、一方が遅れて動作するように調整する。それにより、両接点を開いた後、遮蔽板を両接点間に挿入し、遮蔽板を両接点間から引き抜いた後、両接点が近接するように接点と遮蔽板の駆動タイミングを制御する。
【００５３】
一方、機械的なタイミング調整手段としては、テーパー面を利用したものが挙げられる。つまり、前記遮蔽板と一体に第一テーパー面を設け、前記可動接点と一体に第二テーパー面を設け、両方のテーパー面が互いに接触するように構成する。例えば、両テーパー面は接点が開閉する方向に対して斜めに交差するように設ける。
【００５４】
そして、遮蔽板を接点間に挿入させると両テーパー面が接触しているので、第一テーパー面により第二テーパー面が押されて接点間が開き、遮蔽板を引き抜くと接点間が閉じるように動作するようにして、接点と遮蔽板とを非接触となるように保持する。
【００５５】
この遮蔽板には、絶縁板、導電板のいずれも利用することができる。絶縁板を用いる場合はアークの移動距離を引き伸ばし、ある程度の放熱効果を得てアークの消弧時間を短縮する。導電板は、通常、金属板が利用でき、その高い放熱効果によりアークを冷却したり、それ自身で分圧することができるので、消弧時間を短くすることができる。
【００５６】
遮蔽板の厚みは、材料にもよるが、所望する制御容量が確保できる厚さとする。電気自動車用リレーの定格制御容量の一例としては、１５０Ａ／４００Ｖが挙げられる。
【００５７】
遮蔽板に用いる絶縁材料としては、プラスチック、セラミックおよびダイヤモンドから選択される少なくとも一種が好ましい。プラスチックとしては、電気絶縁材料として一般的なものが利用できる。
【００５８】
例えば、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどが好適である。セラミックとしては、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族元素、ＡｌおよびＳｉの炭化物、窒化物、硼化物、酸化物およびこれらの固溶体から選択される少なくとも一種が好適である。
【００５９】
より具体的には、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢ２、ＴｉＢＮ、ＺｒＣ、ＺｒＮ、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＶＣ、ＴａＣ、ＨｆＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等がある。その他、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、結晶化ガラスなどのガラス状物質も利用できる。ダイヤモンドは単結晶・多結晶、天然・合成のいずれでも良い。
【００６０】
これらの材料のうち、プラスチックは押し出しによりシート状に成型したり、基板上に静電塗装、粉体塗装などの方法によりプラスチックを被覆し、薄膜状の遮蔽板を形成することで得られる。また、セラミックやダイヤモンド薄膜は、気相合成法により形成することが好適である。例えば、熱フィラメント法、マイクロ波プラズマ法、高周波プラズマ法、アーク放電プラズマジェット法などのＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりダイヤモンド膜を形成できる。
【００６１】
遮蔽板に導電材料を用いる場合は、種々の金属が利用できる。鉄、銅、銀、金、アルミニウムあるいはこれらの合金が挙げられる。特に、熱伝導率の高い金属を用いれば放熱効果が高く、よりすばやくアークを消弧することができる。さらに、遮蔽板を導電板とする場合には、接点と導電板との間で電流を分圧することができるので、本発明の接点の接触部に用いるＡｇ合金を導電板の両表面に形成することにより、さらに、アークの消弧時間を短くすることができる。
【００６２】
中でも、銅などの非磁性材料を用いれば、周囲に磁界の影響を及ぼすことがないため、アークの歪曲効果に悪影響を及ぼすことがなく一層好ましい。
【００６３】
遮蔽板は１枚でも良いが、複数枚用いることにより、特に遮蔽板として絶縁板を用いる場合はアークの移動距離をかせぎ、導電板を用いる場合には、放熱効果を一層向上でき、アーク消弧時間を短くすることができる。
【００６４】
放熱効果を考慮する場合、遮蔽板を配置する方向は、アークを遮断する方向であってもアークに沿った方向であってもいずれでも良い。また、遮蔽板の形状も平板状に限らない。例えば、平板の両側に複数のフィン等、突起を形成して遮蔽板の表面積を大きくした構成でも良い。
【００６５】
また、本発明直流リレーは、遮断時、前記各接点の間に生じるアークを磁界により歪曲させる磁石を具えることが望ましい。遮断する際に、接点間にアークが発生するが、このアークを磁石によるローレンツ力で外側に引き伸ばすことによりアーク消弧時間を短縮することができる。
さらに、前記したように接点間で生じたアークを遮断する遮蔽板を具える場合にも磁石を設けるようにしてもよい。この場合、磁石で歪曲されたアークの経路を遮断するように遮蔽板を配置する構成とする。遮蔽板と磁石を設ける場合は、接点と遮蔽板との間にアークが発生したとき、遮蔽板の放熱効果を利用することでアーク消弧時間をさらに短縮することができる。
【００６６】
この場合発生したアークは磁気ブローにより接点間の外側に引き出されるため、前記したように遮蔽板を接点に向けて進退可能に駆動させる場合、遮蔽板の駆動範囲を接点間外としておけば、接点の開閉と正確なタイミングをとらなくても遮蔽板が接点に接触することがない。
【００６７】
なお、アークは磁石によりフレミングの左手の法則に基づいて力を受けて歪曲されるため、歪曲される方向は接点周辺に対してかける磁界の方向により調整できる。
【００６８】
また、磁石と遮蔽板を用いる構成とする場合、遮蔽板は磁石で歪曲されたアークの経路に固定設置しておくことができる。この場合の遮蔽板は、接点間において、接点接触部の外周囲の全周にわたって遮断できるようにすることが好ましい。具体的には、中心部に可動接点が貫通できる大きさの貫通孔を設けた遮蔽板を利用すれば、遮蔽板を駆動させることなく接点間の周り全周にわたって遮断でき、アークの歪曲方向に関わらずアーク経路を遮断することができる。
【００６９】
この場合も、接点対の少なくとも一方の接点を駆動させて、接点間を開くことで遮断を行う。両接点間が所定の距離になった場合、アークが発生するが、このアークの経路は遮蔽板で遮断されるので、アークを引き伸ばしながら、遮蔽板の放熱効果を利用することでアーク消弧時間を短縮する。また、本発明リレーは気密構造が不要で、安価に製造することができる。
【００７０】
本発明は、接点対を二対以上具える直流リレーにも適用することができる。この場合、各接点対を、直列に接続できるように構成してもよいし、または、前記各接点対を、並列に接続できるように構成してもよい。
【００７１】
接点対を、直列に接続可能に構成する場合には、遮断時に接点間の電圧を分圧することにより、さらに短時間で電圧を遮断することができる。その結果、一つの接点にかかる電圧を下げることでアーク電流による接点の損傷を抑制することができる。
【００７２】
また、接点対を、並列に接続可能に構成する場合には、電流を分流することができ、一つの接点に流れる電流を下げることでアーク電流による接点の損傷を抑制することができる。
【００７３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
図１および図２は本発明の第１実施形態にかかるリレーの基本構成を示す概略構成図であって、図１は、接点が接触した状態を示し、図２は接点が非接触の状態を示す。
【００７４】
第１実施形態にかかる直流リレーは、固定接点となる入力接点１１と出力接点２１、可動接点となる連結接点３１を具える。
入力接点１１と出力接点２１とには、連結接点３１と接触させる接触部１１ａ，２１ａと端子接続部１１ｂ，２１ｂとを具えており、端子接続部１１ｂ，２１ｂには外部端子が接続される。
【００７５】
連結接点３１は、断面Ｕ字状をしており、このＵ字の両端平面部を接触部３１ａ，３１ｂとしている。連結接点３１の接触部３１ａ，３１ｂは、入力接点１１の接触部１１ａ、出力接点２１の接触部２１ａに接触させる。
【００７６】
また、本実施形態では、入力接点１１の接触部１１ａと連結接点３１の一方の接触部３１ａとを一つの接点対とし、出力接点２１の接触部２１ａと連結接点３１の他方の接触部３１ｂとをもう一つの接点対としている。
【００７７】
さらに、入力接点１１、連結接点３１、出力接点２１のそれぞれの接触部は、接点の接触部が、Ｓｎを１〜９質量％含み、Ｉｎを１〜９質量％含む化学組成のＡｇ合金からなり、表面部の第一層と内部の第二層とを有し、第一層のマイクロビッカース硬度が１９０以上、第二層のマイクロビッカース硬度が１３０以下であり、第一層の厚みが、１０〜３６０μｍの範囲内である合金で形成されている。
【００７８】
そして、入力接点１１と連結接点３１と出力接点２１とを同一直線上に位置されるように配置させる。具体的には、入力接点１１の接触部１１ａに連結接点３１の一方の接触部３１ａを接触させた状態にし、出力接点２１の接触部２１ａに連結接点３１の他方の接触部３１ｂを接触させた状態にしたとき、これら接触状態の接点対が同一直線上に配置されるようにする。
【００７９】
このように各接点を配置して、図１に示すように、各接点の接触部を接触させることにより、各接点は、入力接点１１から連結接点３１を介して出力接点２１へと直列に接続される。
【００８０】
そして、連結接点３１は、図示していないが、ソレノイドなどの接点駆動機構により接点開閉方向に往復移動させるようになっている。接点駆動機構により接点間を開閉して、連結接点３１を、入力接点１１と出力接点２１に対して、接触または非接触状態にする。
【００８１】
そして、入力接点１１の端子接続部１１ｂに端子（図示せず）を介して直流電源が接続されて、各接点が接触・離隔することで通電・遮断を行う。
【００８２】
本実施形態では、３つの板状の永久磁石４を具えている。永久磁石４は、入力接点１１および出力接点２１の間と、入力接点１１および出力接点２１の外方に配設している。
【００８３】
さらに永久磁石４は、図１および図２に示すように、一方の極（例えばＮ極）が同じ側に位置するように接点対が配置される線と同一直線上に配置される。これら永久磁石４により、入力接点１１の接触部１１ａと連結接点３１の一方の接触部３１ａの間、出力接点２１の接触部２１ａと連結接点３１の他方の接触部３１ｂの間に磁界をかけるようにしている。この永久磁石４の磁界により、接点の遮断時、各接点の間に生じるアーク１００が、ローレンツ力を受けて引き伸ばされ歪曲するようになっている。
【００８４】
本実施形態では接点通電時において、入力接点１１から電流を流し、連結接点３１、出力接点２１へと直列に電流が流れる。そして、図２に示す状態では、左から右に磁力線が向かうように永久磁石４を配置している。そのため、フレミングの左手の法則により、ローレンツ力は、図２において前に向かう力と後に向かう力とが交互に生じ、接点遮断時に発生したアーク１００が前後に交互に歪曲するようになっている。
【００８５】
次に、接点の通電・遮断について説明する。接点間を閉じて通電させる場合、連結接点３１を閉動作させて連結接点３１を入力接点１１及び出力接点２１に接触させて導通をとる（図１の状態）。
【００８６】
また、両接点間を開いて遮断する場合は、連結接点３１の開動作により、連結接点３１と入力接点１１及び出力接点２１との間が離隔されて遮断が行われる（図２の状態）。
この遮断時においては、各接点の間にアーク１００が発生するが、このアーク１００は、永久磁石４の磁界により前記した方向に歪曲する。
【００８７】
以上の構成により、第１実施形態にかかる直流リレーでは、各接点の接触部を耐溶着性に優れた材料で形成しているので、短絡時に大電流（例えば２６００Ａ）が流れても、接点が溶着することなく接点を離反させることができる。
【００８８】
さらに、本実施形態では、二対の接点対を直列に接続させているので、遮断電圧を分圧してアークの消弧を行うとともに、磁界によりアーク１００の引き伸ばしも行ってアークを消弧させることができるので、短時間で電圧を遮断することができる。また、非常にコンパクトな直流リレーを実現できる。さらに、各接点を直列に配置して遮断電圧を分圧するので、接点の耐久性向上を実現できる。
【００８９】
（第２実施形態）
第１実施形態では、通電時において、接点対を直列に接続できる直流リレーについて説明した。第２実施形態は、通電時に接点対を並列に接続可能とするものである。図３は可動接点と固定接点の各々に２つの接点を設けた接点の概略図である。
【００９０】
ここでは、固定接点となる二つの入力接点１２，１３と、可動接点となる二つの出力接点２２，２３を具える。二つの入力接点１２，１３は、円板状の入力側接点固定体５に間隔をあけて固定され、二つの出力接点２２，２３は、同じく円板状の出力側接点固定体６に間隔をあけて固定されている。入力接点１２，１３と出力接点２２，２３は、円柱ブロックにより形成されている。
【００９１】
そして、入力接点１２，１３と出力接点２２，２３の接触部１２ａ，１３ａ，２２ａ，２３ａは、前記第１実施形態と同じ耐溶着性に優れた材料で形成している。
これらの接点は、入力接点１２，１３の二つの接触部１２ａ，１３ａを、対向する出力接点２２，２３の二つ接触部２２ａ，２３ａに接触させる。
【００９２】
本実施形態では、入力接点１２，１３のうち一方の入力接点１２の接触部１２ａと出力接点２２，２３のうち一方の出力接点２２の接触部２２ａとを一つの接点対とし、他方の入力接点１３の接触部１３ａと他方の出力接点２３の接触部２３ａとをもう一つの接点対としている。
【００９３】
そして、入力接点１２，１３と出力接点２２，２３の接触部を接触させることにより、各接点対は、入力接点１２，１３から出力接点２２，２３へと並列に接続される。従って、本実施形態では接点通電時において、二つの入力接点１２，１３から出力接点２２，２３へと並列に電流が流れる。
【００９４】
本実施形態では、通電時の電流流路は、入力側接点固定体５から一方の入力接点１２、一方の出力接点２２を介して出力側接点固定体６を通る流路と、入力側接点固定体５から他方の入力接点１３、他方の出力接点２３を介して出力側接点固定体６を通る流路との２つの流路に分流される。
【００９５】
従って、入力側接点固定体５および出力側接点固定体６の各々に並列に配置した２つの接点を用いることで電流を分流して、一つの接点に流れる電流を下げることでアーク電流による接点の損傷を抑制することができる。その結果、本実施形態に係る直流リレーを用いることにより、遮断特性の向上と接点の耐久性向上を実現できる。
【００９６】
しかも、前記第１実施形態と同様に、各接点の接触部を耐溶着性に優れた材料で形成しているので、短絡時に大電流が流れても、接点が溶着することなく接点を離反させることができる。
【００９７】
（第３実施形態）
図４は本発明直流リレーの第３実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の直流リレーは、可動接点となる入力接点１４および固定接点となる出力接点２４ならびに遮蔽板７を具えている。ここでは、両接点１４，２４に円柱金属ブロックを用い、入力接点１４がその軸方向に往復運動することで出力接点２４との間を開閉し、遮断・通電を行う構成としている。
【００９８】
そして、本実施形態においても、出力接点２４の接触部２４ａと入力接点１４の接触部１４ａは、前記第１実施形態と同じ耐溶着性に優れた材料で形成している。
両接点１４，２４には直流電源が接続され、接点間を開閉することで遮断・導通を行う。入力接点１４には、図示しないソレノイドが連結され、このソレノイドの駆動により入力接点１４を往復運動させる。
【００９９】
一方、遮蔽板７は両接点間が開いたときに接点間に挿入され、接点間が閉じる前に接点間から引き抜かれるように往復運動される。この遮蔽板７にも図示しないソレノイドを連結し、このソレノイドの駆動により遮蔽板７を往復運動させている。
【０１００】
ここでは、厚さ４００μｍの多結晶ダイヤモンド板を遮蔽板７に用いた。このダイヤモンド板は、適宜な基材の上にＣＶＤ法でダイヤモンド膜を合成し、基材を除去して製造した。
【０１０１】
このように、接点間を開くことで遮断を行うと共に、遮蔽板７を接点間に挿入することで接点間に生じるアークを遮断し、簡易な構成にて確実に遮断を行うことができる。この構成では、接点周辺を気密構造にする必要やアークを引き伸ばす空間を設ける必要がなく、非常にコンパクトな直流リレーを実現できる。また、接点１４，２４と遮蔽板７が非接触であるため、両者の間に摩耗を生じることもなく長い機械的寿命を有することができる。
【０１０２】
遮蔽板７を駆動させるにあたっては、接点１４，２４の開閉と遮蔽板７の挿脱のタイミングをタイマーで調整するようにしている。この場合、接点１４，２４の開閉と、遮蔽板７の挿脱を二つのソレノイドを用いて行う。
【０１０３】
まず、接点駆動用のソレノイドに電流を流して入力接点１４と出力接点２４の間を開く。タイマーにより、一定時間経過後、遮蔽板駆動用ソレノイドに電流を流して遮蔽板７を両接点間に挿入する。
【０１０４】
二つのソレノイドの駆動時間差は、入力接点１４と出力接点２４との間が、遮蔽板７を挿入するのに十分な間隔となる程度の時間とすればよい。そして、遮蔽板７を引き抜く場合は、遮蔽板駆動用ソレノイドに電流を流して遮蔽板７を接点間から引き抜き、その後接点駆動用ソレノイドに電流を流して接点間を閉じる。
【０１０５】
接点間に遮蔽板７を挿入させる構成とする場合には、接点の開閉と遮蔽板の挿脱により、簡易な構成にて確実な遮断を行うことができる。特に、気密構造やアークを引き伸ばすスペースが不要で、安価かつコンパクトに製造することができる。
【０１０６】
また、接点開放後に遮蔽板を挿入するので、接点と遮蔽板は非接触となり、挿入容易性を考慮する必要がなく、両接点間の接点面積を大きくして、耐アーク性を向上できる。しかも、高硬度・低摩擦係数の遮蔽板を使う必要がなく低コストのリレーを実現できる。
【０１０７】
しかも、本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、各接点の接触部を耐溶着性に優れた材料で形成しているので、短絡時に大電流が流れても、接点が溶着することなく接点を離反させることができる。
【０１０８】
（第４実施形態）
図５は本発明直流リレーの第４実施形態を示す説明図である。
本実施形態にかかる直流リレーは可動接点となる入力接点１４と、固定接点となる出力接点２４と、両接点間の外側に位置する遮蔽板７と、一対の永久磁石４を具えている。本実施形態も、両接点１４，２４に円柱金属ブロックを用い、入力接点１４がその軸方向に往復運動することで出力接点２４との間を開閉し、遮断・通電を行う構成としている。
【０１０９】
そして、本実施形態においても、出力接点２４の接触部２４ａと入力接点１４の接触部１４ａは、前記第１実施形態と同じ耐溶着性に優れた材料で形成している。
入力接点１４は図示しないソレノイドに連結され、軸方向に進退されることで出力接点２４に対し開閉される。この場合も、入力接点１４と出力接点２４には電源が直列に接続され、接点間を開くことで導通を遮断し、接点間を閉じることで導通をとることができる。
【０１１０】
本実施形態では、このような入力接点１４と出力接点２４間に磁石４で磁界をかける。そして、遮蔽板７には駆動機構を設けず、図５に示すように、予めアーク１００が歪曲される経路途中に遮蔽板７を固定している。
【０１１１】
さらに、本実施形態では、接点間周辺の全周を遮蔽板７で遮断するようにしている。本実施形態では、両接点の間に予め遮蔽板７を介在させておく。この遮蔽板７は入力接点１４を貫通させる貫通孔７１が形成されており、入力接点１４が貫通孔７１に挿脱されることで接点間の開閉を可能にしている。
【０１１２】
本実施形態では、電流を入力接点１４から出力接点２４に向かって流す。そして、図５において上から下に向けて磁界をかけるように接点の上部側がＮ極、同下部側がＳ極となるように磁石４を配置している。本実施形態では、この電流の流れと磁界により、紙面に対して表面から裏面に向かう方向にローレンツ力（白抜き矢印方向）が作用するようにしている。
【０１１３】
また、その状態で入力接点１４を開くと、出力接点２４との距離が所定間隔になった際にアーク１００が発生する。このアーク１００はローレンツ力を受けて、図５の仮想線（二点破線）で示すように接点間の外側に歪曲され、遮蔽板７によりアーク１００の経路が遮断されることになる。このとき、アーク１００をこの遮蔽板７で遮断するとともに、遮蔽板７による放熱効果で、消弧時間を短くすることができる。
【０１１４】
なお、遮蔽板７にダイヤモンドやセラミックなどの遮蔽板を用いた場合、アーク１００の引き伸ばし量をそれほど大きくとらなくとも高抵抗によりエネルギーを消費させるとともに、若干の放熱効果により消弧時間を短縮することができる。遮蔽板７に鉄などの導電板を用いた場合には、高い熱伝導性を利用してより一層の放熱効果が期待でき、消弧時間を短縮することができる。
【０１１５】
さらに、遮蔽板７に銅などの非磁性材を用いた場合、周囲に磁界の影響を及ぼすことがないため、アークの歪曲効果に悪影響を及ぼすことがなく一層好ましい。
【０１１６】
特に、本実施形態では接点間周辺の全周を遮蔽板７で遮断させた状態で固定させているため、遮蔽板７の駆動機構を用いることなく、より簡易な構成でコンパクトな直流リレーを構成できながら、アーク１００の屈曲方向に関わらず、確実にアーク１００の消弧を行うことができる。
【０１１７】
そして、本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、各接点の接触部を耐溶着性に優れた材料で形成しているので、短絡時に大電流が流れても、接点が溶着することなく接点を離反させることができる。
【０１１８】
【実施例１】
前記した第１実施形態に係る構造の直流リレーについて、各接点の接触部に表１に示す「化学組成」欄に示す第一層と第二層の二種の化学組成のＡｇ合金を用いたもの作製した。
【０１１９】
これらのＡｇ合金は、まず、第一層と第二層の二種の化学組成のＡｇ合金を溶解・鋳造してインゴットを作製した。これらをそれぞれ粗加工した後、第一層と第二層のインゴットを重ね合わせ、アルゴン雰囲気中８５０℃で熱間ロールによって熱間圧着し、二層のＡｇ合金からなる複合素材を作製した。
得られた複合素材を熱間圧着と同じ条件下で予備加熱した後、最終的に全体の厚みの１／１０の厚みとなるように薄い純Ａｇ板を第一層とは反対側の第二層の面に熱間圧着した。
【０１２０】
その後、さらに冷間圧延してフープ状素材とし、これを打ち抜いて、幅６ｍｍ、長さ８ｍｍ、厚み２．５ｍｍの形状１と、幅と長さが６ｍｍ、厚みが２ｍｍの形状２の二つの形状の複合接点チップを作製した。
得られたチップを４気圧（４０５．３ｋＰａ）の酸素雰囲気中７５０℃で１７０時間保持（内部酸化）して複合接点試片とした。得られた試片の第一層の厚みは表１の通りであり、Ａｇ層の厚みは、各チップ厚みのほぼ１／１０であった。
【０１２１】
上記第一層の厚みは、接点の中心を通り表面に垂直な断面試片を用いて、例えば、以下のようにして確認することができる。まず、表面付近の試片面上で表面に水平な方向に等間隔に５箇所の起点を設定する。次いで、これら各々の点から表面に垂直な（厚み）方向に表面から順次ほぼ等間隔に硬度を確認し、５本の硬度曲線（折れ線グラフ）をつくる。そして、ある起点において、硬度レベルが１９０である水平線とこの曲線との交点をとり、表面からこの交点までの水平距離をその起点での第一層の厚みとする。以下、残り４箇所の起点についてもその起点での第一層の厚みをとり、得られた５つのデータの算術平均値を第一層の厚みとしてもよい。第二層の厚みも同様にして測定することができる。
【０１２２】
このとき、硬度レベルが１３０である水平線との交点をとり、表面からこの交点までの水平距離をある起点における第二層の厚みとするとよい。そして、中間層を具える場合、硬度レベルが１９０である水平線との交点と、硬度レベルが１３０である水平線との交点間の水平距離をある起点における中間層の厚みとするとよい。本例では、上記の手順にて第一層の厚みを測定した。
【０１２３】
【表１】
2005019184.tif 000003
【０１２４】
なお、表中の試料番号に＊を付したものは比較例である。試料１１から試料１８のその他の成分Ｓｂ、Ｎｉ、Ｂｉの量は、何れも０．２質量％である。また、試料１９から試料２７の第一層・第二層の化学組成は、何れも同じであり、その他の成分とその量は、両層とも質量％単位でＳｂ、Ｃｏ、Ｚｎが何れも０．２である。試料２８のその他の成分とその量は、質量％単位でＳｂ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｚｎが何れも０．１、Ｃａが０．２である。試料２９のその他の成分とその量は、質量％単位でＳｂ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｚｎが何れも０．１、Ｐｂが０．５である。試料３０から試料３２のその他の成分とその量は、質量％単位でＮｉ、Ｚｎが何れも０．２である。なお、第一層・第二層の化学組成は、表に記載された成分以外の残部は、Ａｇおよび不可避的不純物からなる。
【０１２５】
なお、表１で試料１から試料１０は、ＳｎおよびＩｎの量を変化させて各層の硬度を制御した試料群である。試料１１から試料１８は、ＳｎおよびＩｎの量を変えるとともに、これら以外のその他の成分をさらに添加した試料群である。試料１９から試料２７は、第一層の厚みを変化させた試料群である。
【０１２６】
また試料２８から試料３４は、第一層・第二層の両層が同じ化学組成のものである。これらのものでは、以下のようにして第一層の硬度を制御した。まず試料２８から試料３３は、第一層の圧延加工断面積比を第二層の５０％増しとしするとともに、第一層素材の圧延加工途中において同素材を真空中、４５０℃で３０分間焼鈍を行い、さらに、内部酸化後に♯１２０のアルミナビーズによって第一層表面に投射圧３ｋｇｆ／ｃｍ２（２９４ｋＰａ）で３分間ショットブラスト加工を加えた。
【０１２７】
試料３４は、圧延加工途中の焼鈍温度と時間をそれぞれ７５０℃、５時間とした以外は以上の試料と同じ条件で作製したものである。なお、表１には記載しないが、試料３３と試料３４ではそれぞれ厚みが１９０μｍ、２３０μｍの中間部が形成されていた。
【０１２８】
なお、試料３５は、第一層のＳｎやＩｎの酸化物の量を第二層よりも少なくして、第一層の硬度を第二層の硬度よりも低くしたものであって、表１に記載の化学組成の第一層と第二層のＡｇ合金を溶解鋳造後、熱間圧着・圧延した後、これを上記と同じ条件にて内部酸化したものである。
【０１２９】
また、試料３６は、表１に記載の化学組成の第一層と第二層のＡｇ合金を溶解鋳造後、互いの二層の合わせ面上に水平な一方向に１ｍｍピッチで幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍの凹凸を形成して、その部分で凹部と凸部とを互いに噛み合わせた状態で熱間圧着し、その後圧延し、さらにそれを上記と同じ条件にて内部酸化したものである。
【０１３０】
以上の方法で作製した各試料の硬度の第一層の厚みは、前述の手順にて確認した。以上の結果を表１に示した。なお、表には記載されていないが、試料３３、試料３４以外の試料の中間部の厚みは、何れも１００μｍ未満であった。
【０１３１】
次いで形状１の電気接点チップを図１に示す可動接点の本体部に、形状２の電気接点チップを固定接点の本体部に銀ロウ付けして接触部を形成した。
【０１３２】
その後、定格ＡＣ３０Ａフレームおよび５０Ａフレームの二種の直流リレーに固定した。このようなリレーを各試料番号の複合接点チップ対毎に各５台用意した。まず各試料の全てのアッセンブリーを使って、定格電流を１００分間通電してこの通電時の温度を測定することにより初期の温度特性を確認した。
【０１３３】
次に、２２０Ｖ負荷状態で、３０Ａフレームの場合は、１．５ｋＡの遮断電流で、５０Ａフレームの場合は５ｋＡの遮断電流で、各々１台ずつのアッセンブリーを使って遮断試験を行い、耐溶着特性を確認した。
【０１３４】
遮断試験後の温度特性は、その後引き続いて定格電流を１００分間通電し、この通電時の温度を測定することにより遮断試験後の温度特性を確認した。
【０１３５】
過負荷試験は、初期温度特性を確認したアッセンブリーを使い、３０Ａフレーム、５０Ａフレームとも同定格電流の５倍の電流を流した状態で５秒間隔で開閉を５０回繰り返し、その後上記初期確認時と同じ条件で通電時の温度を測定することにより過負荷試験後の温度特性を確認した。
【０１３６】
耐久試験は、初期温度特性を確認したアッセンブリーを使い、３０Ａフレーム、５０Ａフレームとも同定格電流を流した状態で、５秒間隔で開閉を６０００回繰り返し、その後上記初期確認時と同じ条件で通電時の温度を測定することにより耐久試験後の温度特性を確認した。
【０１３７】
なお、これらの一連の試験での評価は、温度特性については３０Ａ・５０Ａ両フレームの機種別の結果を総合して５段階評価し、耐溶着特性については、溶着するかしないかで評価した。
【０１３８】
温度特性の５段階評価は、通電時の温度上昇が５０℃以下を５、５０℃超６０℃以下を４、６０℃超７０℃以下を３、７０℃超８０℃以下を２、８０℃以上を１とした。これらの評価は、表１の試料番号に対応させて表２に示した。以下の各実施例の場合も同様である。なお、表２において、比較例の試料番号には＊を付している。
【０１３９】
【表２】
2005019184.tif 000004
【０１４０】
以上の結果から以下のことがわかる。
（１）第一層、第二層ともＳｎを１〜９質量％、Ｉｎを１〜９質量％の範囲内に制御し、第一層のマイクロビッカース硬度を１９０以上、第二層のマイクロビッカース硬度を１３０以下とし、さらに、第一層の厚みを１０〜３６０μｍの範囲内に制御した本発明の接点を用いたリレーは、上記総合評価において十分実用可能な範囲内にある。一方、本発明範囲外の接点を用いたリレーは、総合評価において実用レベルに達していない。
【０１４１】
例えば、試料２４について、トランスで昇圧してコンデンサに充電し、サイリスタでコンデンサの容量放出とリレーの接点を開くタイミングを調整して、短時間大電流が流れる間に接点を開くようにしたときの電圧と電流の状態を図６に示す。このとき、２６００Ａの大電流が流れても、接点は溶着せず、接点間の電圧は急激に上昇し確実に遮断できた。
【０１４２】
なお、図６のグラフは、遮断電圧が２００Ｖに達したときに遮断が完了したと判断して、電力供給をやめるようにしているため、電力供給がなくった時点で、電圧がゼロになっている。
【０１４３】
（２）ＳｎおよびＩｎに加えＳｂやＮｉなどの成分を少量含んだ場合でも、同様のことが言える。
【０１４４】
（３）比較例となる試料１、試料１０、試料１８、試料３１、試料３２、試料３５および試料３６の接点チップは、硬度レベルが本発明の範囲外となり、これらの接点チップを組み込んだ直流リレーは、ともに一部の特性を除き総合的に実用レベルの性能が得られなかった。
【０１４５】
【実施例２】
表１の試料３、試料８および試料９と第一層・第二層の化学組成が同じ複合接点を作製した。第二層は、実施例１と同じ方法で作製し、その上に第一層を減圧プラズマ溶射法にて形成した。
【０１４６】
まず、第二層と同じ化学組成のＡｇ合金からなり、一方の面に薄い純Ａｇ層を熱間圧着した実施例１と同じ二つの形状の素材を実施例１と同様にして作製した。
【０１４７】
その後それぞれの素材を真空チャンバー内に純Ａｇ層を裏面にして置き、表側の面上に以下のようにして第一層を形成した。まず、表１の試料３、試料８および試料９の第一層と同じ化学組成であり、サブミクロンから２μｍまでの粒度分布を有するＡｇ合金プレアロイ粉末を原料として準備した。
【０１４８】
その後フィード用のキャリアガスとしてアルゴンガスを使い、用意したプレアロイ粉末を減圧プラズマ溶射法によって、上記第二層の素材面に吹き付けて固着させ、第一層を形成した。なお、溶射中には溶射ガンの先端を自動的に揺動させ、溶射される第一層が均質になるようにした。
【０１４９】
また第一層・第二層の両層間の密着度を上げるため、溶射前に第二層の表面を予めプラズマ炎に曝した。得られた複合素材を実施例１と同じ条件で内部酸化した。何れのチップも最終的な第一層の厚みは、５０μｍであり、純Ａｇ層の厚みは、チップ総厚みの約１／１０であった。
【０１５０】
得られた接点チップの第一層・第二層の両層の硬度ならびに第一層の厚みを実施例１と同様に確認した。その結果を表３に示す。なお表には記載されていないが、いずれの試料もその中間部の厚みは、１００μｍ未満であった。実施例１と同様にしてこれらの接点チップを同型のリレーに組み付け、実施例１と同様の手順で電気試験を行った。その結果も合わせて表３に示す。
【０１５１】
この結果から、第一層を溶射法で形成する方法によっても、鋳造法と第一・第二層の化学組成が同じであり、硬度が本発明範囲内の複合電気接点の製造が可能であること、さらにこの接点を使うことにより実用上優れたリレーの提供も可能であることがわかる。
【０１５２】
【表３】
2005019184.tif 000005
【０１５３】
【実施例３】
表１の試料１、試料２、試料４、試料５および試料６と両層の化学組成が同じ複合電気接点を作製した。第二層は実施例１と同じ方法で形成し、その上に第一層を蒸着法にて形成した。まず第二層と同じ化学組成のＡｇ合金からなり、一方の面に薄い純Ａｇ層を熱間圧着した実施例１と同じ二つの形状の素材を、実施例１と同様にして作製した。
【０１５４】
その後それぞれの素材を真空チャンバー内に純Ａｇ層を裏面にして置き、次いで表側の面上に以下のようにして第一層を形成した。まず、表１の試料１、試料２、試料４、試料５および試料６の第一層と同じ化学組成のターゲットを用意した。真空チャンバー内の温度はＳｎの再蒸発を防ぐため１８０℃に保ち、同圧力は、数Ｔｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒ（１３．３ｋＰａ未満）のアルゴンガス分圧に保持しつつ、上記ターゲットを使って、マグネトロンスパッタ法でこれを蒸着し、第二層の素材面に同ターゲットと同じ組成の第一層を形成した。
【０１５５】
なお、第一層・第二層の両層間の密着度を上げるため、蒸着前に第二層の表面を予め高周波によって発生させたイオンによりクリーニングした。得られた複合素材を実施例１と同じ条件で酸化し、接点チップとした。いずれのチップも最終的な第一層の厚みは、５０μｍであり、純Ａｇ層の厚みは、チップ総厚みの約１／１０であった。
【０１５６】
得られた接点チップの第一層・第二層の両層の硬度ならびに第一層の厚みを実施例１と同様に確認した。その結果を表４に示す。なお表には記載されていないが、いずれの試料もその中間部の厚みは、１００μｍ未満であった。実施例１と同様にしてこれらの接点チップを同型のリレーに組み付け、実施例１と同様の手順で電気試験を行った。その結果も合わせて表４に示す。なお、表４において、比較例の試料番号には＊を付している。
【０１５７】
【表４】
2005019184.tif 000006
【０１５８】
この結果から第一層を蒸着法で形成する方法によっても、鋳造法と第一層・第二層の化学組成が同じであり、硬度が本発明範囲内の複合電気接点の製造が可能であること、さらに、この接点を使うことにより、実用上優れたリレーの提供も可能であることがわかる。
【０１５９】
【実施例４】
表１の試料２、試料３、試料７、試料１９、試料２０、試料２２、試料２４、試料２６、試料２７、試料３０、試料３１および試料３２と第一層・第二層の両層の化学組成が同じ複合電気接点の素材を実施例３と同じ手順で作製した。さらにこれら素材の第一層側の表面を上にしてショットブラストチャンバー内に配置した後、同表面のみを♯１２０のアルミナビーズによって選択的にショットブラスト加工を施した。
【０１６０】
その際の条件は、通常のショットブラスト仕上げ加工時より投射圧を高くし、６ｋｇｆ／ｃｍ２（５８８ｋＰａ）とし３分間投射した。その後実施例１と同じ条件にて内部酸化を行い、接点チップ試料とした。最終的なチップの組み合わせサイズは実施例１と同じであり、第一層の厚みは何れも５０μｍであり、純Ａｇ層の厚みは、チップ総厚みの約１／１０であった。
【０１６１】
得られた接点チップの第一層・第二層の両層の硬度ならびに第一層の厚みを実施例１と同様に確認した。その結果を表５に示す。実施例１と同様にしてこれらの接点チップを同型のリレーに組み付け、実施例１と同様の手順で電気試験を行った。その結果も合わせて表５に示す。なお、表５において、比較例の試料番号には＊を付している。
【０１６２】
この結果から第一層を蒸着法で形成し、さらにその第一層の表面を加工硬化する方法によっても、鋳造法と第一層・第二層の両層の化学組成が同じであり、硬度が本発明の範囲内の複合電気接点の製造が可能であること、さらにこの接点を使うことによって実用上優れたリレーの提供も可能であることがわかる。
【０１６３】
【表５】
2005019184.tif 000007
【０１６４】
【実施例５】
表１の試料７、試料１６、試料２１、試料２３及び試料２８と両層の化学組成が同じ複合電気接点を作製した。実施例１と同様に、第一層と第二層の組成にて溶解鋳造し、粗加工したこれらインゴットを熱間圧着した後、第二層側に薄い純Ａｇ層を熱間圧着し、さらにこれを圧延加工してフープ素材とした。
【０１６５】
さらに、これらの素材を１０−５Ｔｏｒｒ（０．００１３Ｐａ）以下の真空中、３００℃で２時間焼鈍した後、実施例１と同じ二つの形状に打ち抜いて複合素材を得た。その後これら素材を実施例１と同じ要領にて内部酸化し、接点チップ試料とした。最終的なチップの組み合わせサイズは実施例１と同じであり、第一層の厚みはいずれも５０μｍであり、純Ａｇ層の厚みは、いずれもチップ総厚みの約１／１０であった。
【０１６６】
得られた接点チップの第一層・第二層の両層の硬度ならびに第一層の厚みを実施例１と同様に確認した。その結果を表６に示す。なお表には記載されていないが、いずれの試料もその中間部の厚みは、１００μｍ未満であった。実施例１と同様にしてこれらの接点チップを同型のリレーに組み付け、実施例１と同様の手順で電気試験を行った。その結果も合わせて表６に示す。
【０１６７】
【表６】
2005019184.tif 000008
【０１６８】
この結果から、鋳造法で作られ複合化されたＡｇ合金素材を酸化処理前に比較的低い温度にて焼鈍することによって、鋳造法と第一層・第二層の両層の化学組成が同じであり、硬度が本発明の範囲内の複合電気接点の製造が可能であること、およびこの接点を使うことによって実用上優れたリレーの提供が可能であることがわかる。
【０１６９】
【実施例６】
表１の試料６と試料８と両層の化学組成が同じ複合電気接点を作製した。実施例１と同様、第一層と第二層の組成にて溶解鋳造し、板状に圧延した。次いでこれらの板材間の気密性を保持するため、予め張り合わせ部分をミクロ溶接した後、８００℃、大気中で加熱し、押し出し断面積比８０にて熱間押し出し成形した。押し出された素材の第二層側に薄い純Ａｇ層を実施例１と同じ条件で熱間圧着した。
【０１７０】
得られた素材をさらに圧延した後、実施例１と同じ形状に打ち抜いて、複合素材を得た。得られた素材を実施例１と同じ手順で内部酸化し、接点チップ試料とした。最終的な同チップの組み合わせサイズは、実施例１と同じであり、第一層の厚みは、いずれも５０μｍ、純Ａｇ層の厚みは、いずれもチップ総厚みの約１／１０であった。
【０１７１】
得られた接点チップの第一層・第二層の両層の硬度ならびに第一層の厚みを実施例１と同様に確認した。その結果を表７に示す。なお表には記載されていないが、いずれの試料もその中間部の厚みは、１００μｍ未満であった。実施例１と同様にしてこれらの接点チップを同型のリレーに組み付け、実施例１と同様に電気試験を行った。その結果も合わせて表７に示す。
【０１７２】
【表７】
2005019184.tif 000009
【０１７３】
この結果から、鋳造法で作製され複合化されたＡｇ合金板材を二層張り合わせた後、熱間押し出し・圧延することによって、鋳造法と第一層・第二層の化学組成が同じであり、硬度が本発明範囲内の複合電気接点の製造が可能であること、さらに、この接点を使うことによって実用上優れたリレーの提供が可能であることがわかる。
【０１７４】
【実施例７】
表１の試料８と試料１５と第一層・第二層の両層の化学組成が同じ複合電気接点を、粉末冶金法によって製作した。まずこれらに対応する化学組成のＡｇ合金粉末をそれぞれ用意し、ロータリーキルン内で実施例１と同じ酸素雰囲気・温度条件で内部酸化した後、第一層および第二層が試料８と試料１５と同じ組成の組み合わせとなるように、それぞれの粉末を型内に積層・充填して圧縮成形し、直径８０ｍｍ、総高さ２００ｍｍの円柱状プリフォームを作製した。
【０１７５】
なお、その際の第一層に相当する部分は、全体の１／１０となるようにした。その後、このプリフォームを８００℃、アルゴンガス中で加熱し、直ちに熱間押し出し成形して板状にした。次いでこの押し出し体の第二層側の面に実施例１と同様にして薄い純Ａｇ層を熱間圧着した。この素材をさらに圧延してフープ状として、実施例１と同じ２つの形状に打ち抜いて、電気接点チップ試料とした。最終的なチップの組み合わせサイズは、実施例１と同じであり、第一層の厚みは、何れも５０μｍ、純Ａｇ層の厚みは、何れもチップ総厚みの約１／１０であった。
【０１７６】
得られた接点チップの第一層・第二層の硬度ならびに第一層の厚みを実施例１と同様に確認した。その結果を表８に示す。なお表には記載されていないが、いずれの試料もその中間部の厚みは、１００μｍ未満であった。実施例１と同様にしてこれらの接点チップを同型のリレーに組み付け、実施例１と同様に電気試験を行った。その結果も合わせて表８に示す。
【０１７７】
この結果から、粉末冶金法で作製された複合接点でも、鋳造法と第一層・第二層の化学組成が同じであり、硬度が本発明範囲内の複合電気接点の製造が可能であること、さらにこの接点を使うことによって実用上優れたリレーの提供も可能であることがわかる。
【０１７８】
【表８】
2005019184.tif 000010
【０１７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明直流リレーによれば、次の効果を奏することができる。
【０１８０】
各接点の接触部を耐溶着性、および温度特性に優れた材料で形成しているので、短絡時に大電流が流れても、接点が溶着することなく接点を離反させることができる。
【０１８１】
特に、本発明リレーを、ハイブリッド自動車などの高電圧（約３００Ｖ）の自動車における高電圧回路をＯＮ・ＯＦＦするためのリレーとして利用する場合、短絡時に大電流が流れても接点が溶着することなく、高電圧の遮断が可能となり、しかも、リレー全体をコンパクト化でき、限られたスペースの有効利用ができる。
【０１８２】
さらに、接点間に生ずるアークの経路中に遮蔽板を具えるようにして、アークを遮蔽板により遮断する構成とする場合には、この遮蔽板により発生したアークを遮断することにより、遮蔽板の放熱効果を利用することでアーク消弧時間を短縮することができる。その結果、本発明リレーは気密構造が不要で、安価に製造することができる。
【０１８３】
さらに、本発明直流リレーは、接点対を二対以上具える場合で、各接点対を、直列に接続可能に構成する場合には、遮断時に接点間の電圧を分圧することにより、さらに短時間で電圧を遮断することができる。その結果、一つの接点にかかる電圧を下げることでアーク電流による接点の損傷を抑制することができ、遮断性能の向上とリレーとしての耐久性向上を図ることができる。
【０１８４】
また、接点対を、並列に接続可能に構成する場合には、電流を分流して、一つの接点に流れる電流を下げることでアーク電流による接点の損傷を抑制することができ、遮断性能の向上とリレーとしての耐久性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明リレーの第１実施形態を示す概略構成図で接点が接触している通電時の状態を示す。
【図２】本発明リレーの第１実施形態を示す概略構成図で接点が非接触の遮断時の状態を示す。
【図３】本発明リレーの第２実施形態を示す概略構成図で電流を分流させる二対の接点対を有する直流リレーを示す。
【図４】本発明リレーの第３実施形態であって、接点の間に遮蔽板を挿脱可能に設置した直流リレーの概略構成図である。
【図５】本発明リレーの第４実施形態であって、接点の径方向外側に遮蔽板を設け、遮蔽板に互い接点を接触させる接点挿通孔が形成された直流リレーの概略構成図である。
【図６】実施例１における試料２４の遮断時における電圧と電流の挙動を示すグラフである。
【図７】従来の接点についての遮断時における電圧と電流の挙動を示すグラフである。
【符号の説明】
１１，１２，１３，１４  入力接点
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ  接触部
２１，２２，２３，２４  出力接点
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ  接触部
３１  連結接点
３１ａ，３１ｂ  接触部
４  永久磁石
５  入力側接点固定体
６  出力側接点固定体
７  遮蔽板
７１  貫通孔
【図１】
2005019184.tif 000011
【図２】
2005019184.tif 000012
【図３】
2005019184.tif 000013
【図４】
2005019184.tif 000014
【図５】
2005019184.tif 000015
【図６】
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【図７】
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